Фамилия Деноева — женская форма фамилии Деноев, и её разбор стоит начать с неочевидного: она почти наверняка не русская по происхождению, а осетинская. На это указывает характерный финальный элемент -ев, который в осетинских фамилиях выполняет ту же роль, что и русский суффикс принадлежности, но с местной огласовкой. В осетинском языке фамилии на -ев (и женские на -ева) массово образуются от мужских имён, прозвищ или названий родов.

Основа «Деной» в осетинском контексте восходит к имени Дена (Денæ) — это краткая или уменьшительная форма от полного имени, которое может быть связано с тюркским «ден» (море, широкий простор) или иметь иранские корни. В осетинской антропонимике имя Дена встречается как самостоятельное, так и в составе сложных имён (например, Дена-Къоста). Суффикс -ой в осетинском часто придаёт уменьшительно-ласкательный оттенок, так что Деной — это буквально «маленький Дена» или «сын Дены».

В русском языке фамилия Деноева закрепилась через миграцию осетин в центральные регионы России в XIX–XX веках. Её носители — потомки выходцев из Северной или Южной Осетии, где фамилия Деноевы (и её варианты Денаев, Дениев) до сих пор встречается в горных селениях, особенно в Дигорском ущелье. Социальный статус предков мог быть разным: от свободных горцев-земледельцев до воинов-всадников, но в осетинском обществе фамилия всегда указывала на принадлежность к определённому роду (мыггаг), а не на сословие.

Есть и альтернативная, но менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть на русской почве от редкого прозвища Деной, которое давали человеку за внешнее сходство с денником (конюшней) или за любовь к лошадям. Однако отсутствие фамилий Деноев в старых русских переписных книгах и её концентрация на Кавказе говорит в пользу осетинского корня. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Дено́ева.